反射式光纤电流互感器光波偏振态相互转换过程中的误差特性

本文介绍了光纤电流传感器的技术发展,光纤电流传感器的分类、测量原理及优缺点,以及相关专利申请分析。

文章研究了全光纤电流互感器的结构,阐述了几种国际上主流的光学电流互感器的研究方向,比较分析了非干涉型电流互感器、sagnac型电流互感器以及普遍采用的反射式结构电流互感器、新型反射式全光纤电流互感器结构的优缺点。对今后进一步进行全光纤电流互感器的实用化研究具有一定的意义。

为了使光纤电流互感器具有快速、准确地测量出电流值的能力,本文在分析法拉第电磁感应效应的偏振调制型全光纤电流互感器的基础上引入双光路检测法,将光纤中输出的线偏振光分成振动方向相互垂直、传播方向成一定夹角的两束光。经光信号转换器转换成电信号后系统对其进行放大、滤波处理后得到无噪正弦波信号,结合tms320f28335测试平台对输出的两路信号进行同步采集、解调,通过运算求出法拉第旋转角,并拟合法拉第旋角与参考电流值得出两者关系式,最终使测量系统能够在高压环境下快速、准确地测量电流值。由此可见,本系统适用于高压环境下对大电流进行检测。

介绍了全光纤电流互感器的结构,分析了系统输出信号的特点,指出工频干扰及线性双折射效应是影响系统稳定性的主要问题.提出并实现了基于光源调制的抑制工频干扰方法.该方法利用2000hz的方波光源作为互感器的光驱动,系统的输出信息由原来的一路变成了两路,通过两路信息的融合有效地抑制了电路工频干扰.理论分析及实验结果表明,在不增加系统复杂性和硬件投入的条件下,该方法不仅抑制了电路中的低频干扰,还有效地抑制了工频干扰,提高了系统的信噪比,为提高全光纤电流互感器系统的稳定性和可靠性提供了新的方法.

分析了全光纤电流互感器(afoct)光纤元件的双折射来源和影响,针对其应力加载特征,提出一种适用于系统的光纤双折射参数测量方法。测量基于研究双折射对偏振态的调制情况,在邦加球上分析传输光偏振态随不同光程的演化轨迹,可获得待测光纤椭圆双折射参数,相对误差在2.85%以内。验证实验说明基于测量结果的变比估计相对偏差1.08%。该方法准确度优于传统方法,装置结构简单易于实现。由传感光纤双折射测量结果可推导afoct系统的变比,也可作为温度、振动补偿实验的依据。本方法可作为设计制作afoct系统过程中的一个有力的参考。

全光纤电流互感器技术验收成功 3月6日，由中国电科院承担的国家电网公司科技工程“500kv相位调制型全光 纤电流互感器关键技术研究”顺利通过公司科技部组织的验收。验收专家组在听 取工程汇报后，对研究成果给予了高度评价，并一致同意工程通过验收。 2007年，为克服输电线路串联补偿高压平台恶劣电磁环境对串补测量回路的影 响，提高串补可靠性，鉴于光纤电流互感器具有安全性能好、抗电磁干扰能力强、 动态范围宽、响应快、成本低、寿命长、环境适应能力强等优点，中国电科院开 始进行全光纤电流互感器的研发。 2008年完成实验室样机，2009年正式获得公司科技立项。经过两年的研发，已 全面掌握全光纤电流互感器核心技术，完成500kv相位调制型全光纤电流互感器 样机研制工作，并顺利通过型式实验。样机测量精度可达0.2s级，进入世界先 进行列。在此基础上，完成光纤电流互感器产品系列化研制，包括

光路系统的偏振误差极大地制约着准互易反射式光学电压互感器的准确度.借助琼斯矩阵,建立了分立光学器件及光纤熔接点的传输模型,推导出完整的电压互感器光路系统的数学模型.以此模型为基础,对电压互感器中的偏振误差进行了仿真分析.结果表明:光源偏振度、起偏器消光比及起偏器与相位调制器的对轴角度主要影响系统的检测灵敏度;法拉第准直旋光器的旋光角度、法拉第准直旋光器与bgo晶体的对轴角度误差是主要的偏振误差源,影响系统的测量准确度及稳定性;根据电子式电压互感器iec60044-70.2s级标准,法拉第旋光角度误差应该小于1.6°,旋光器与bgo晶体对轴角度误差小于1.85°.该研究对准互易反射式光学电压互感器光路设计和误差抑制具有一定的参考价值和指导意义.

介绍了一种可以用于在线测量、实时安装、拆卸的开合式光纤电流互感器方案。在传感头开启过程中,利用传感头内部一段橡胶骨架的弹性产生均匀变形,使绕制在上面的光纤应力变化较小。为了保证互感器的温度稳定性,传感头内部骨架主要为石英材料,由于石英骨架加工的误差比较大,所以采用长圆孔的支架将其固定在传感头结构上。信号处理部分基于全数字闭环检测,采用方波调制方案,并通过数字阶梯波反馈实现闭环检测。在开合过程后对开合式互感器进行测试分析,实验结果表明系统的变比稳定性可以达到了0.5%的精度,可以满足实际应用的要求。

由考虑相位延迟的光纤四分之一波片以及存在双折射的传感光纤的琼斯矩阵分别推导出二者单独以及同时受温度影响的光纤电流互感器的理论输出模型,对比传统的电流解调公式,得到单独以及同时针对四分之一波片相位延迟和传感光纤双折射的修正的电流解调公式,理论上修正后的电流解调公式可以减小系统测量精度的温度漂移问题。

通过分析光源功率、中心波长、传感光纤verdet常量,以及闭环光纤电流互感器变比之间的关系,结合测试数据,证明了中心波长漂移是光源功率衰减引起闭环互感器变比变化的主要原因.提出了一种通过提取光路干涉结果中直流信息,修正闭环互感器数字输出的方法,实现光源功率衰减引起的互感器变比误差补偿.实验结果表明,在出光功率衰减程度相同的情况下,闭环互感器变比变化量从补偿前的1.53%降低到了补偿后的0.45%.

叙述了采用集成光学调制器的光纤电流互感器的工作原理。在此基础上分析了集成光学调制器调制系数随温度变化对光纤电流互感器测量精度的影响,对其产生的测量误差进行了仿真。在四态波调制的基础上,提出了对调制系数引起的调制通道增益变化进行补偿的反馈控制方法,有效降低了调制系数变化引起的测量误差。试验结果与理论分析一致,表明该方法有效。该方法同时还可以有效减小调制器调制系数随时间长期变化对光纤电流互感器测量精度的影响。

介绍了采用柔性全光纤电流互感器(ffoct)的发电机保护总体方案和系统结构以及ffoct结构和工作原理.详细介绍了ffoct的关键技术难题并给出了对应的解决方案:采用旋转高双折射(spunhi-bi)光纤制作可现场缠绕在导体周围的传感光缆,并对采用spunhi-bi光纤的ffoct的电流检测灵敏度和抵御外界干扰的能力进行了理论分析;采用四态方波调制和阶梯波反馈的全数字双闭环解调方案改善ffoct动态范围、测量精度以及系统的长期稳定性.测试结果表明研制的ffoct满足测量0.2级、保护5tpe的精度要求.最后简单介绍了用于观音岩水电站发电机保护的ffoct的现场安装与应用情况.

线性双折射严重削弱了光纤电流互感器性能,线性双折射测量是线性双折射抑制的基础。构建了线性双折射测量系统,提出了双偏振片调制法,据此消除传感光纤与相邻光器件之间方位角的影响；仿真研究了线性双折射测量中存在的多解问题,提出基于全局寻优算法的解决方案；在此基础上,分别测试三种不同传感光纤环的线性双折射。仿真结果表明:所述方法与邦加球法的测量偏差≤5%,方法可行。

09-光纤电流互感器及其在线测温方法

电流互感器是电网最普遍、最基本的高压设备之一，其职能是对电网中最基本的物理量--电流进行测量，作为电网的“眼睛”它肩负着两个重要的使命。

电流互感器是电气测量中一种常用设备。利用互感器的变比关系将大电流变成小电流,使测量仪表不用直接接到被测的线路上,同时二次回路可以按需要接成任何方式的接线图,以满足计量、继电保护、自动控制等方面的要求。电流互感器广泛应用于电力系统、工矿企业中,本文结合互感器的工作原理,详尽地分析了电流互感器的误差及影响误差的因素,并提出了减小误差的方法。

电流互感器是电力系统中的主要部件之一，是计量、测量工作中必不可少的元器件。电力系统中其他元器件所使用的

电流互感器主要由三部分组成：铁心、一次线圈和二次线圈。由于铁心磁阻的存 在，电流互感器在传变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁 化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所 消耗的励磁电流引起的。由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次 电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。 影响误差的因素： 1、电流互感器的内部参数是影响电流互感器误差的主要因素。 ⑴二次线圈内阻r2和漏抗x2对误差的影响:当r2增大时比差和角差都增大; x2增大时比差增大，但角差减小，因此要改善误差应尽量减小r2和适当的x2 值。由于二次线圈内阻r2和漏抗x2与二次负载rfh和xfh比较而言值很小，所以 改变r2和x2对误差的影响不大，只有对小容量的电流互感器影响才较显著。 ⑵铁芯截面对误差的影响：铁芯截面增大使铁芯的

针对电流互感器复合误差数据的测量,通过实例对复合误差直接试验法费用高、试验复杂等问题做出了说明.在此基础上又从理论的角度分析了间接试验法的优点及其可行性.介绍了在出厂试验和用户现场试验中几种常用的间接试验方法,并对试验后伏安特性曲线的绘制和数据的判断做了具体的说明.

提出的电流互感器误差低压外推测试法,是将现场电流互感器当作误差相同的电压互感器进行测试,先在200%～1000%额定电压(电流)下测互感器的误差和导纳等参数,再通过在1%～120%额定电压(电流)下测导纳,进而由公式推算出电流互感器的误差。测试结果表明与传统方法相符,故这种新方法的推广、应用将对现场电流互感器的检定产生深远的影响。

在进行ta(电流互感器)5%误差曲线测试时,发现用omicronta测试仪得出的数据失真。利用ta励磁曲线数据,重新对5%误差曲线进行了手工计算,得出了矫正后的数据曲线。通过对不同ta测试数据的分析和对比,指出此测试仪在5%误差曲线绘制时可能存在拟合错误。

为了保证电力系统安全经济运行，必须对电力设备的运行情况进行监视和测量，但一般的测量和保护装置不能直接接人一次高压设备，而需要将一次系统的高电压和大电流按比例变换成低电压和小电流，供给测量仪表和保护装置使用。执行这些变换任务的设备，最常见的就是我们通常所说的互感器。